Multi-stack absorber binary intensity mask using nickel for high numerical aperture extreme ultraviolet lithography

Abstract

극자외선 노광기술은 현재 7 nm 로직 양산 공정에 적용되고 있으며, 5 nm 이하 로직 공정에도 적용될 예정이다. 이를 위해서 고 개구수 (numerical aperture, NA) 극자외선 노광기술이 적용될 가능성이 있다. 하지만 현행 노광장비의 0.33 NA 시스템에서 적용되는 입사각 6°와 4배 축소투영 배율을 고 개구수인 0.55 NA 시스템에 그대로 적용시킬 경우 마스크에 입사하는 빛과 반사하는 빛들이 겹치는 문제 등 NA 증가에 따른 문제점들이 발생한다. 이러한 문제점들을 극복하기 위해 축소투영 배율이 각각 4배, 8배로 서로 다른 아나모르픽 렌즈 시스템이 개발되고 있으며, 기존과는 다른 광 효율이 나타날 것으로 예상된다. 더욱 미세한 선폭을 구현해야 하기 때문에, 종래의 두꺼운 흡수체 구조를 그대로 적용할 경우 마스크 3차원 효과가 극심하게 작용할 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 종래의 Ta 기반 물질 흡수체를 대체할 니켈 다층 흡수체 구조를 제시한다. Ta 기반 물질을 흡수체로 사용할 경우, 70 nm 이상의 두께가 되어야 0.5 % 이하의 반사율을 얻을 수 있다. 공정의 미세화가 진행됨에 따라서 이러한 두꺼운 흡수체 두께는 더 큰 영향을 미치며, 이는 마스크 3D 효과로 인한 이미징 성능의 악화로 이어진다. 따라서 종래의 Ta 기반 물질 흡수체보다 더 얇은 두께에서 향상된 이미징 성능을 나타내는 흡수체 물질에 대한 연구를 진행하였다. 얇은 두께에서 높은 흡수율을 갖는 흡수체 설계를 위해 13.5 nm 파장의 광원에 대해 소광계수가 높은 후보물질을 우선적으로 선정하였다. 해당 물질 중 높은 NILS 와 낮은 best focus range를 갖는 중간 굴절계수의 니켈을 선정하였다. 또한 니켈은 얇은 두께에서 non-telecentricity를 완화하는 것으로 알려져있다. 시뮬레이션 프로그램을 통하여 0.55 NA에서 니켈 흡수체의 최적 두께를 설계하고, 해당 조건에서 완화된 마스크 3D 효과와 개선된 이미징 성능을 확인하였다. 하지만 플라즈마를 이용하여 니켈 박막의 건식식각을 진행할 경우, 니켈의 결정성으로 인해 어려움이 존재한다. 이를 해결하기 위해 니켈 흡수체의 중간에 스페이서 층을 삽입하는 구조를 고안하였다. 이를 통해 니켈 흡수층의 두께를 줄여 결정립의 크기를 줄이는 효과를 기대할 수 있다. 스페이서 층 후보물질로 니켈과 접착력이 높은 물질을 우선적으로 선정하였다. 각 해당 물질이 삽입된 니켈 흡수체에 대해 NILS, non-telecentricity 및 best focus shift 시뮬레이션 평가를 진행하였다. 또한 마스크 세정 공정에 대한 내구성 평가를 위해, 실제 wet cleaning 공정에서 사용되는 SC-1 용액에 대한 스페이서 물질의 내화학성 평가를 진행하였다. 시뮬레이션 및 내화학성 평가를 종합하여 최종적으로 CrN 를 스페이서 층 물질로 선정하였다. 최종적으로, 니켈 흡수층과 CrN 스페이서 층으로 이루어진 다층 흡수체 구조를 설계하여 이미징 성능 평가를 진행한 결과, 종래의 Ta 기반 물질 흡수체보다 향상된 NILS와 감소된 마스크 3D 효과를 확인하였다. 설계된 니켈 다층 박막 흡수체 구조를 바탕으로 블랭크 마스크 제작 공정을 진행하였다. Sputtering을 통해 증착 공정을 진행하였으며 제작이 완료된 후 각 층의 두께와 표면 거칠기를 측정하여, 설계한 흡수체 구조와 비교 평가를 하였다. 또한 제작된 블랭크 마스크에 대해서도 SC-1 용액에 대한 내화학성 평가를 통해 wet cleaning에 대한 적합성을 확인하였다. 본 연구를 통해 설계된 다층 박막 니켈 흡수체는 종래의 Ta 기반 물질 흡수체보다 얇은 두께에서 뛰어난 이미징 성능을 보였으며, 제작된 블랭크 마스크 또한 세정 공정에 대해 높은 내구성을 갖는 것을 확인하였다. 따라서 해당 니켈 흡수체 구조는 향후 0.55 NA 극자외선 노광 공정에서 충분히 적용 가능할 것으로 예상된다.